汽车CAN总线—论文.docx

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摘要

汽车CAN 总线是20世纪80年代以来发展起来的多主机串行数据通信协议网络，它解决了复杂传统布线方式与提升汽车性能的矛盾，如今CAN总线已比较广泛的应用与车在网络并发挥出强大的“中枢神经”的作用，但是中国在该技术上起步晚，因此国内对于CAN总线相对陌生，本文系统介绍车用CAN总线技术的产生发展，从微观和宏观应用介入介绍汽车CAN总线的应用原理及在国内市场的使用状况，并预测该技术的发展趋势及对今后中国汽车服务业的挑战。

使汽车行业从业人员和消费者对该技术有不同程度的了解，从而提高一定程度上提高国人的汽车文化素养，迎接汽车数字化时代的到来。

关键词:

CAN总线，帧，协议，应用

Abstract

VehicleCAN-Busisakindofserialdateagreementdevelopedsince1980th.Itsolvedthecontradictionbetweencomplextraditionalarrangementofwirewayandpromotingofhighproperty.AtpresentCAN-BusisalreadyrelativelywidelyusedinboardnetworkandplaystheroleofCNS.ButChineseenterprisesstartslate.ThusChinesepeoplefeelstrangeforit.ThistexttellstheproduceanddevelopmentofvehicleCAN-BusandpredictschallengesthistechnologywillgiveforChinesevehicleserviceindustryinordertogiveadifferentdegreescomprehensionforconsumersandrelativeworkerinvehicleindustry.Countrymenwillpromotetheirvehicleknow-howqualityinacertaindegreeandwelcomethecomingofdigitaltimeofvehicle.

KeyWords：

Can-bus，Frame，Agreement，Application

目录

前言 1

1汽车CAN总线的产生与发展 2

1.1CAN总线简介 2

1.2CAN总线的产生 2

1.3车用CAN总线标准化历程 3

1.4汽车CAN总线应用分类 3

1.4.1驱动系统子网 4

1.4.2信息∕娱乐子网 4

1.4.3安全∕舒适子网 4

1.4.4故障诊断子网 4

2CAN协议体系结构和功能 5

2.1CAN协议分层 5

2.2数据链路层和物理层功能简介 6

2.2.1接收滤波 6

2.2.2超载通知 6

2.2.3恢复管理 6

2.2.4数据封装和拆装 7

2.2.5帧编码 7

2.2.6物理信令（PLS） 7

2.2.7物理介质附件子层（PMA） 7

3汽车CAN总线系统硬件构成及其工作原理 8

3.1传感器 8

3.2控制单元 8

3.3控制器 9

3.4收发器 10

3.5汽车网络传输介质 11

3.5.1双绞线 11

3．5.2同轴电缆 11

3.5.3光纤 12

3.6网关 13

3.7数据线终端电阻 14

4.汽车CAN总线工作过程 15

4.1多路传输原理 15

4.2位数值表示与通信距离 15

4.3多帧信息的拆装与重组 16

4.4汽车CAN总线消息帧分类 17

4.4.1数据帧 17

4.4.2远程帧 18

4.4.3出错帧 18

4.4.4过载帧 19

4.4.5帧间空间 19

4.5CAN总线的错误类型和界定 20

4.6非破坏性按位仲裁规则 21

4.7CAN总线系统的网络管理 21

4.8例析CAN总线具体工作过程 22

5汽车CAN技术应用升级方向 25

5.2D2BOptical光纤 25

5.3OSEK开放式标准化系统 25

5.4COMMAND网络 26

6车用CAN总线在国内车市的应用趋势调查及影响 27

结论 29

致谢 30

参考文献 31

前言

目前国内车市越来越类似于手机市场，车系繁多且性能多样，而具备相同性能的汽车在过去的价格要贵得多。

过去只有中高级轿车才具备的一些性能如今已成为中低价位汽车的标准配置。

正如手机普遍使用Android系统，国内汽车市场正在渐渐的向CAN时代迈进。

汽车CAN总线并不新鲜，但由于中国起步晚，国人对之相对陌生。

在欧美它已经应用在大多数汽车中并向中国出口，国内不少合资品牌也在大量生产。

自主品牌反应相对滞后但 也在穷追猛赶，同时与之相对应的汽车技术服务市场整体相对落后。

因此有必要研究一下汽车CAN总线在中国汽车中的应用状况，以引起汽车行业相关从业人员的注意同时向广大民众普及汽车专业知识，提升国民的汽车文化素养。

本文首先对CAN总线做一个简单介绍，之后通过CAN产生的原因加深对它的认知并逐次介绍CAN协议体系结构及其发展。

为了雅俗共赏，通过宏观上看得见的汽车上CAN系统的具体硬件形象描绘出CAN总线系统的轮廓，在此基础上深度解读CAN总线的几个关键技术和具体工作过程。

最后通过上网调查2000年以来的CAN总线在汽车上的应用发现自主品牌正在快速崛起。

因此本文预测随着民族汽车CAN总线应用的深入，中国汽车市场必将进入新一轮的数字化的竞争，中国汽车消费者将因此受益，然而中国的汽车服务业并不发达，所以说机遇与挑战并存，最后提出建议，强化汽车服务业培训，使我国汽车服务业紧跟时代步伐造福中国汽车消费者。

1汽车CAN总线的产生与发展

1.1CAN总线简介

CAN总线的全称是控制器局域网（ControllerAreaNetwork）,是德国BOSCH公司为改善现代汽车中大量电控单元之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是

一种多主机局域网，各个电控单元地位平等,通信介质可以是同轴电缆，双绞线和光纤，传输速率最高达到1Mb∕S，最长有效传输距离可达10Km。

通过数据块编码取代了站地址编码后网络内的节点数理论上可以不受限制，它具有独特的纠错能力和良好的抗干

扰性，这极大的提升了汽车可靠性。

遍布车身的传感器采集实时信息并发送到控制单元之后在总线上实现共享，短帧多发的数据传输方式使得数据传输的实时性得以大大提高，高速CAN数据总线每毫秒即可传输32字节的有效数据。

汽车上一般同时应用高速和低速两条CAN总线，高速的通常连接发动机ECU，变速器ECU等，低速的连接汽车内部电子构件和车身附件。

1.2CAN总线的产生

传统汽车中的电信号通过一对一的节点连接实现信息共享，对于汽车高级性能的追求催生了越来越多的电子部件，线束及与之配套的插件数量迅速增加占用了大量本来就紧张的空间。

早在1955年，一辆汽车的平均线束使用量为45m，到了2002年这一数值飙升至4000m。

传统线束汽车的制造维护成本日益增高，由于线路导线多是塑胶包装的铜导线，一年左右的时候就开始出现不仅影响了经济利润，更严重的是大大降低了汽车使用可靠性。

汽车研发同时进入一个恶性循环：

本为追求汽车的高级性能而大量应用电子设备所引起的线束增多反过来严重削弱了汽车使用的可靠性。

20世纪80年代半导体技术迅速发展并逐步深入到汽车车领域。

1983年RobertBosch公司开发出汽车总线系统，德国的wolfhardlawrenz教授给这种总线命名为ControllerAreaNetwork，简称CAN总线。

1.3车用CAN总线标准化历程

随着CAN在不同的汽车企业的广泛应用，其通信协议的标准化亟待解决，为此PHILIPSSEMMICONDOTORS于1991年9月制定并颁布了CAN2.0规范，该技术规范包括A、B两部分。

V2.0A应用了11位地址的报文格式，而V2.0B给出了标准和扩展两种报文帧格式，扩展帧可以兼容标准帧并应用29位位地址。

两年后，ISO于1993年11月正式颁布了道路交通运载工具—数字信息交换—高速通信控制局域网（CAN）国际标准（ISO1898），至此CAN的标准化又迈出了重要的一步。

美国汽车工程师协会（SAE）车辆网络委员会根据标准SAEJ1057将汽车数据传输网络划分为A、B、C三类。

A类首选标准是LIN（LocalInterconnectNetwork），它是为了降低成本而作为CAN的辅助网络而存在。

B类中的国际标准正是CAN总线。

其在汽车上的应用有ISO11898，传输速率为100kb∕s左右，在卡车和大客车上的应用有SAEJ1939标准，其传输速率可达

250kb∕s。

C类标准主要是与汽车的安全有关以及实时性通信要求较高的地方，因此其通讯速率最高可达125kb∕s~1000kb∕s，对于C类总线而言，欧洲汽车厂商普遍使用CAN总线ISO11898。

目前美国的汽车制造商已经在生产的部分汽车的动力系统上应用了CAN线，欧洲的基本上实现了用CAN总线连接车身电子系统和动力系统，远东汽车厂商也早已意识到车用CAN总线的重要性并正在使用。

1.4汽车CAN总线应用分类

CAN网络已经覆盖了车用网络的大部分并已经逐渐呈现出“局部成网，区域互联”

的格局，对于大部分车载网络，按照功能大致分成以下四类。

图1.1汽车CAN总线网络结构

Fig1.1vehicleCAN-BUSNetworkStructure

1.4.1驱动系统子网

该系统子网一般按照ISO11898、J1939及J2284的规定建成CAN或TTCAN,传感器定时输出检测到的信号并转变电信号给控制单元，控制单元再间接发送到CAN总线上，连接在总线上的各驱动控制单元“各取所需”，有效提高总线的资源利用效率。

途安1.8T采用驱动系统子网后将动力系统与ABS、MSR、ASR等的控制器及组合仪表相互连接在一起，在充分发挥动力的同时，又获得了优异的操控性能和经济性。

1.4.2信息∕娱乐子网

目前音像媒体类文件数据传输速率要求达到2Mb∕s以上，这就大大超出了CAN的带宽范围，因此CAN在该子网的应用主要是IDB-C,该子网中当前主流的的则是MOST总线，而IDB—C仅提供辅助性的应用，例如音响控制系统，仪表显示系统和GPS等。

1.4.3安全∕舒适子网

该子网主要用于满足乘客对于安全性和舒适性的需求的控制单元的控制，所以该系统不仅有高速CAN还引入了低速LIN以降低成本同时弥补CAN应用的不足，该子网发展十分迅速，以最常见的一键启动为例：

一键启动省去了传统钥匙点火的繁琐，点火时只需要轻轻一按，车辆就启动了。

现在大量应用于各级别的汽车中，已经成为广大商务人士和时尚超人的